una micrografía electrónica de transmisión de color falso de múltiples bacteriófagos Unidos a una pared celular bacteriana. Crédito: Wikimedia Commons
Un nuevo enfoque genético puede acelerar el estudio de las interacciones fago-microbio con implicaciones para la salud, la agricultura y el clima.
Los científicos están continuamente buscando nuevas y mejores formas de lidiar con las bacterias, ya sea para eliminar las cepas que causan enfermedades o para modificar las cepas potencialmente beneficiosas., Y a pesar de los numerosos medicamentos inteligentes y las herramientas de ingeniería genética que los humanos han inventado para estas tareas, esos enfoques pueden parecer torpes en comparación con los ataques finamente ajustados librados por los fagos, los virus que infectan a las bacterias.
los fagos, al igual que otros parásitos, están evolucionando continuamente formas de atacar y explotar su cepa bacteriana huésped específica, y a su vez, las bacterias están evolucionando continuamente medios para evadir los fagos., Estas batallas perpetuas por la supervivencia producen arsenales moleculares increíblemente diversos que los investigadores están ansiosos por estudiar, pero hacerlo puede ser tedioso e intensivo en mano de obra.
para obtener información sobre estas estrategias defensivas, un equipo liderado por científicos de Berkeley Lab acaba de desarrollar un nuevo método eficiente y económico. Como se informó en PLOS Biology, el equipo mostró que una combinación de tres técnicas puede revelar qué receptores bacterianos utilizan los fagos para infectar la célula, así como qué mecanismos celulares utilizan las bacterias para responder a una infección de fagos.,
«a pesar de casi un siglo de trabajo molecular, los mecanismos subyacentes de las interacciones fago-huésped solo se conocen para unos pocos pares, donde el huésped es un organismo modelo bien estudiado que se puede cultivar en un laboratorio», dijo el autor para correspondencia Vivek Mutalik, un científico investigador en la División de Genómica ambiental y Biología de sistemas (EGSB) de Berkeley Lab. «Sin embargo, los fagos representan las entidades biológicas más abundantes en la Tierra, y debido a su impacto en las bacterias, son impulsores clave de los ciclos de nutrientes ambientales, la producción agrícola y la salud humana y animal., Se ha vuelto imperativo obtener más conocimiento fundamental de estas interacciones para comprender mejor los microbiomas del planeta y desarrollar nuevos medicamentos, como vacunas a base de bacterias o cócteles de fagos para tratar las infecciones resistentes a los antibióticos.»
Shining a light on «dark matter»
el enfoque de tres puntas del equipo, llamado bibliotecas de pérdida de función y ganancia de función con código de barras, utiliza la técnica establecida de crear deleciones de genes y también aumentar la expresión génica para identificar qué genes usan las bacterias para evadir los fagos., Esta información también dice a los científicos a qué receptores se dirigen los fagos sin tener que analizar los genomas de los fagos. (Sin embargo, los científicos planean adaptar la técnica para su uso en virus en el futuro, para aprender aún más sobre su función.)
Mutalik y sus colegas probaron su método en dos cepas de E. coli que se sabe que están dirigidas por 14 fagos genéticamente diversos., Sus resultados confirmaron que el método funciona sin problemas al revelar rápidamente el mismo conjunto de receptores de fagos que se habían identificado previamente a través de décadas de investigación, y también proporcionó nuevos éxitos que se perdieron en estudios anteriores.
Una interpretación artística de los fagos. Crédito: Antara Mutalik
de acuerdo con Mutalik, el enfoque también se puede ampliar para evaluar simultáneamente las relaciones de fagos para cientos de bacterias muestreadas de diversos entornos., Esto hará que sea mucho más fácil para los científicos estudiar la «materia oscura» biológica del planeta, que se refiere a los microorganismos inculturables y, por lo tanto, poco conocidos que abundan en muchos entornos. De hecho, se estima que el 99% de todos los microorganismos vivos no pueden ser cultivados en un laboratorio.
el enfoque del equipo también representa una oportunidad para estandarizar los recursos genéticos utilizados en la investigación de fagos, que siempre ha sido un proceso ad-hoc y altamente variable, y crear reactivos y conjuntos de datos compartibles.,
«el papel de los fagos es un enorme ‘conocido-desconocido’, ya que sabemos que hay fagos en todas partes, pero apenas sabemos nada más. Por ejemplo, entendemos menos del 10% de los genes codificados en genomas de fagos previamente secuenciados», dijo Mutalik. «Ahora que finalmente tenemos una herramienta optimizada para analizar los fagos, hay muchas preguntas emocionantes que podemos comenzar a responder y una oportunidad para marcar la diferencia en el mundo.,»
Este trabajo fue dirigido por Mutalik y otros científicos de EGSB Adam Arkin y Adam Deutschbauer en Berkeley Lab, en colaboración con investigadores de UC Berkeley y Evergreen State College. La investigación fue financiada por el programa de Microbiología del Instituto de Genómica innovadora y por ENIGMA, un programa de área de enfoque científico dirigido por Berkeley Lab y apoyado por la Oficina de Ciencia del DOE.
